Pascale Senellart

Chaire annuelle Innovation technologique Liliane Bettencourt (2025-2026)

Collège de France

Année 2025-2026

Technologies quantiques émergentes

Gerhard Rempe

Professor and Director, Max Planck Institut of Quantum Optics

Séminaire - Gerhard Rempe : Entanglement, quo vadis?

Résumé

Entanglement is a genuine quantum physical phenomenon that is expected to fully unfold in systems composed of multiple qubits. However, creating customised multi-qubit entanglement on demand and exploring its application potential is a formidable challenge. Using individual atoms in an optical cavity as a source of single photons, we have synthesised a plethora of almost arbitrary entanglement topologies described by graphs. These open the door to a multitude of novel applications such as quantum error correction in photonic quantum computation and quantum communication with tolerance against omnipresent photon loss.

Gerhard Rempe

Gerhard Rempe is a German physicist, Director at the Max Planck Institute of Quantum Optics and Honorary Professor at the Technical University of Munich. He has performed pioneering experiments in atomic and molecular physics, quantum optics and quantum information processing.

Pascale Senellart

Chaire annuelle Innovation technologique Liliane Bettencourt (2025-2026)

Collège de France

Année 2025-2026

05 - Technologies quantiques émergentes : Processeurs quantiques photoniques

Résumé

Encoder et manipuler l'information sur les photons est une des toutes premières approches explorées pour le calcul quantique. Ce cours décrira le fonctionnement des ordinateurs quantiques photoniques et les architectures envisagées. Ces processeurs exploitent tous l'interférence quantique de photons identiques, qui a représenté un défi scientifique et technologique important ces dernières décennies. Les progrès permettent aujourd'hui de réaliser des premiers prototypes de calcul manipulant quelques dizaines de photons. Pour passer à l'échelle, un autre paradigme de calcul quantique est en cours de développement – le calcul dit basé sur la mesure, qui permet la correction d'erreur et le calcul distribué. Ce calcul repose sur des états de la lumière où de nombreux photons sont intriqués et peuvent intégrer des qubits de spin pour plus d'efficacité.

Pascale Senellart

Chaire annuelle Innovation technologique Liliane Bettencourt (2025-2026)

Collège de France

Année 2025-2026

Séminaire - Audrey Bienfait : Manipuler des phonons uniques avec des qubits supraconducteurs

Audrey Bienfait

Chargée de recherche CNRS, Laboratoire de physique à l'ENS Lyon

Résumé

Les ondes acoustiques de surface (SAWs) sont des vibrations se propageant à la surface d'un matériau, largement utilisées en électronique classique. Ces dernières années, elles ont suscité un intérêt croissant pour relier des systèmes quantiques distants les uns des autres, tels que les spins ou les qubits semi-conducteurs. Dans nos travaux, nous utilisons des qubits supraconducteurs pour émettre et réabsorber des phonons uniques, ce qui permet de transférer des états quantiques et de générer une intrication à distance entre deux qubits. Nous avons aussi pu démontrer une intrication à deux phonons et réaliser une expérience de gomme quantique avec des ondes sonores, illustrant leur potentiel pour la détection quantique.

Audrey Bienfait

Audrey Bienfait completed her Ph.D. in the Quantronics group at CEA Saclay (France) in 2016. There, she worked with Patrice Bertet on coupling spins to high quality factor small-mode-volume superconducting resonators, enabling high-sensitivity electron spin resonance detection and a spin initialization mechanism via the Purcell effect. She then realized a post-doc in the Cleland group at the University of Chicago (USA), where she coupled remote superconducting qubits using traveling phonons and realized acoustic interferometry experiments. In 2019, she joined the Quantum Circuit group as a CNRS researcher. She received the Bruker thesis prize and the Michelson post-doctoral lectureship prize. Her current research interests are electronic spins, superconducting circuits, and various microwave transduction, sensing and storage schemes.

Pascale Senellart

Chaire annuelle Innovation technologique Liliane Bettencourt (2025-2026)

Collège de France

Année 2025-2026

04 - Technologies quantiques émergentes : Photons uniques et intriqués

Résumé

La génération efficace de photons uniques et de photons intriqués représente un défi technologique majeur pour de nombreuses applications, des communications aux ordinateurs quantiques. Nous présentons dans ce cours deux grandes approches permettant la génération de photons uniques. La première exploite l'optique non linéaire, la seconde des atomes uniques dont le processus d'émission spontanée est contrôlé. Nous décrirons les avantages et défis de chaque méthode, leur implémentation dans des systèmes intégrés et l'état de l'art actuel. Nous présenterons ensuite les approches adoptées pour la génération de photons intriqués ainsi que des états toujours plus complexes de la lumière.

Pascale Senellart

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Année 2025-2026

Technologies quantiques émergentes

Mete Atatüre

Professor, Professor of Physics, University of Cambridge

Séminaire - Mete Atatüre : Shedding Light on a Central Spin System: How Quantum Optics Can Tame a Noisy Nuclear Spin Ensemble

Résumé

Optically active spins in solids are strong candidates for scalable devices towards quantum networks. Semiconductor quantum dots set the state-of-the-art as single-photon sources with high level tuneability, brightness, and indistinguishability. In parallel, their inherently mesoscopic nature leads to a unique realisation of a tripartite interface between light, an electron spin and a nuclear spin ensemble. Controlling these interactions create opportunities to realize a controllable central spin system. I will present a journey from treating the nuclei as nuisance to observing their collective states and eventually to their function as a quantum register to store quantum information, all tailored via an electron driven by light.

Mete Atatüre

Mete Atatüre is a Professor of Physics and the Head of the Cavendish Laboratory, Cambridge. He completed his PhD at Boston University in 2002 and then worked as a Postdoctoral Fellow at ETH Zurich. He joined the Cavendish Laboratory in 2007 as an Assistant Professor and received his full Professorship in 2015. His research efforts straddle multiple material platforms for quantum networks and quantum sensing. He is the co-founder and Scientific Advisor of Nu Quantum Ltd. developing quantum network solutions. He is a Fellow of Optica, Academia Europaea, Institute of Physics, and Science Academy Turkey. He was awarded the IoP Thomas Young Medal and Prize in 2020 and the 2024 Koc Medal of Science for his contributions in quantum technologies.

Pascale Senellart

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Collège de France

Année 2025-2026

03 - Technologies quantiques émergentes : Introduction à la décohérence

Résumé

La superposition quantique, pierre angulaire de la seconde révolution quantique, est une propriété très fragile : elle disparaît dès que le système est exposé à des perturbations extérieures, comme des champs magnétiques ou électriques fluctuants. Dans ce cours, nous introduirons la notion de décohérence à partir de modèles physiques simples, avant de montrer comment ces processus peuvent être mesurés et quelles techniques permettent de les atténuer. Nous serons alors en mesure de présenter les critères de DiVincenzo, nécessaires à la réalisation d'un ordinateur quantique, et de donner un bref panorama des différentes plateformes expérimentales ainsi que des principales sources de décohérence qui les affectent.

Pascale Senellart

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Collège de France

Année 2025-2026

Valentina Parigi

Professeur, Laboratoire Kastler-Brossel, Sorbonne Université, ENS Université PSL, CNRS, Collège de France

Séminaire - Valentina Parigi : Réseaux quantiques multimodes à variables continues

Résumé

Les technologies de l'information et de la communication quantiques à variables continues reposent sur l'encodage de l'information dans les quadratures d'amplitude et de phase du champ. Les processus paramétriques non linéaires permettent de générer des états quantiques de la lumière impliquant de nombreux modes spectrotemporels, organisés en réseaux quantiques présentant une intrication gaussienne. Ces réseaux peuvent être exploités pour les technologies quantiques de communication et d'information. Le multiplexage spatial, spectral et temporel sera étudié pour la génération de tels réseaux, ainsi que l'introduction d'opérations non gaussiennes, indispensables au calcul quantique.

Valentina Parigi

Valentina Parigi is a Professor at the Laboratoire Kastler Brossel, Sorbonne Université, Paris. She is currently working on the implementation of complex quantum networks in a multi-mode continuous-variable setting. Her interests range from the foundations of quantum mechanics to the experimental realization of key tools for quantum information technologies. She has explored the generation and manipulation of quantum states using optical nonlinear materials, cold Rydberg ensembles, and atomic quantum memories. She is the recipient of an ERC Consolidator Grant and the CNRS Bronze Medal.

Pascale Senellart

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Collège de France

Année 2025-2026

02 - Technologies quantiques émergentes : Encoder l'information quantique sur la lumière

Résumé

La lumière ou les ondes acoustiques qui permettent de propager l'information quantique d'un point à l'autre : on parle de qubit « volants ». Ce second cours introduira le formalisme permettant de décrire ces systèmes quantiques – basé sur l'oscillateur harmonique quantique. Nous verrons ensuite comment encoder l'information sur la lumière, en exploitant soit des photons uniques, soit les composantes du champ électromagnétique. Nous présenterons les principales techniques permettant de caractériser ces états quantiques en décrivant brièvement des développements technologiques clés, comme les détecteurs de photons uniques. Nous aborderons enfin les techniques permettant de mesurer l'intrication, en s'appuyant sur l'exemple de deux photons.